一种便携式的装备物资无电传送设备的研究_韩校粉.pdf

2023 年 2 月总第 349 期一种便携式的装备物资无电传送设备的研究基金项目 中国人民解放军陆军工程大学 20212022 学年学员科技创新基金项目收稿日期：20220505；修回日期：20220613作者简介：韩校粉（1982），女，河北永年人，硕士，讲师，主要从事机械设计、现代设计理论与方法研究，E-mail：。韩校粉，张阳，周鑫，舒逊，向显平摘要：为满足装备物资快速输送保障的需求，减轻人员劳动强度，提高输送效率，研制了一种便携式的装备物资无电传送设备。设备采用模块化的设计理念，主要由伸缩折叠机构、可移动支架、输送导向机构和模块化接头 4 个部分组成，各部分有机连接，可利用高度差实现无电便携的物资传输功能。研究结果表明，设备结构简单，便携可靠，能够根据工作实况快速组合搭接，满足多种装备物资传送需求，从而提高物资供应保障的效率。关键词：机构设计；无电传送；装备物资；剪叉机构；高度差中图分类号：TH122文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.02.127（中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区，河北石家庄050003）文章编号：1674-9146（2023）0212703装备物资输送工作通常表现为多种类、大体积等物资的转运和输送。通过调查研究，当前条件下，虽然很多单位配备了叉车等吊装机械，但受其体积影响，该类装载设备通常难以进入物资储藏室。现阶段，大多物资转运工作仍使用较为传统的搬运方式，采用人力搬运至小推车，然后推至运输车附近，再搬运到运输车上。在此过程中，人力起主要作用，当物资数量较大时，人力需求更大，即物资的装卸和搬运往往需要耗费大量人力。搬运过程存在以下问题：一是对于普通零散物资保障工作，人力作业虽具备方便灵活的优点，但该类工作易消耗精力体力，影响人员身心状态，减弱战斗力；二是人力搬运效率低，同时存在着人员扭伤，甚至操作不当导致的重物压伤等风险1。基于此，结合装备物资输送要求，借鉴 Kaufmann 公司的moveflex 输送线的设计，提出一种便携式、模块化的无电传送设备的研制方案，该设备不需电力，可折叠随车搭载，满足机动灵活的搬运需求，对于提升装备物资搬运能力具有重要意义。1设计思路及技术路线便携式的装备物资无电传送设备，可代替人力搬运输送物资器材箱，有效节省搬运人员的体能消耗，缩短装载时间，提升人员战斗力。在实施输送装载的过程中，如果物资箱体位于平地上，可打开设备，利用设备高度差直接进行输送；如果物资箱体位于凹凸不平的地面上，该设备可利用调节结构调节合适高度位置后利用导向装置进行有效输送；当输送距离较远时，可将多组设备利用接口串联，再利用高度差和导向装置将器材箱自行输送至运输车上，完成整个装载过程。具体的工作流程设计见图 1。拟在研究过程中采用理论研究、三维仿真和模型制作相结合的方法，经过调研、分析、设计、仿真、制作、检验等步骤，制作出便携式的装备物资无电传送设备的机构运动模型。具体的技术路线见第 128 页图 2。2方案设计2.1整体方案设计整个设备采用模块组合式结构，主要由伸缩折叠机构、可移动支架、输送导向机构和模块化接头4 个部分组成。伸缩折叠机构可保证设备携带方便，*打开无电传送设备输送物资并控制物资转动方向合理连接组数，保证两端高度差及转向输送物资至运输车合适位置输送任务完成图 1无电传送设备工作流程设计图-127-SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo.2 Feb.2023，Total No.349使用可靠，满足工作灵活性和机动性的需求；可移动支架高度可调，以形成高度差和倾斜角，适应各种空间与地形，实现物资的无电输送；输送导向机构可输送物资并控制物资转动方向，保证物资的有效输送；模块化接头能实现设备的快速装拆，适应不同的物资输送距离，整体模型见图 3。该设计能够有效解决物资在运载过程中的常见问题，在一定程度上提高装备物资输送效率，通用性较强，应用前景广阔。2.2伸缩折叠机构的设计与实现伸缩折叠机构最主要的特点是收缩快速，工作可靠，便于携带，因此主体采用剪叉式机构。剪叉机构是一种特殊的平面连杆机构，具有良好的空间伸展性能，结构简单，成本低廉。平面剪叉机构的基本运动单元见图 4，每个基本单元包括两个等长的直杆，中间通过抗剪铰相连而成，称为剪式单元。剪式单元之间相互铰接，可实现伸缩运动功能，机构底部节点一个与固定装置铰接，另一个与水平滑块铰接，顶部节点以同样的方式相固连。该机构具有将滑块的水平运动转化放大为垂直运动结构的功能2。实际使用时，可根据运动行程的需要，将多组结构相同的运动单元按照串联方式依次连接，见图 5。伸缩折叠机构中采用两组剪叉机构并连工作，根据实际输送物资的箱体大小计算两组剪叉机构之间的距离。当设备处于非工作状态，即初始位置时，剪叉机构处于收缩状态，相邻构件紧靠在一起，结构紧凑，占用空间小（见图 3-a）；当设备处于工作状态时，可根据需求确定伸展距离（见图3-b），而且可以实现弯曲变形。2.3可移动支架的设计与实现可移动支架具有两大作用，一是为设备上的其他部分提供支撑，便于设备的移动；二是调节支架的高度以形成高度差和倾斜角，适应输送的各种空间与地形。单一的无电传送设备采用 4 个相同的支架，底部连接万向刹车轮。为了调节高度差，采用内外管嵌套的结构，两管之间设计了螺纹连接和卡扣连接两种方式。螺纹连接的调节杆有内外管两个部分，外管上加工有内螺纹，内管上加工有外螺纹，内外螺纹相配合形成螺纹副。调节高度时，只需相对旋转内外管，便可实现支架的伸长和缩短。卡扣连接的调节杆见第 129 页图 6。借鉴三脚架的卡扣连接原理，调节高度时，只需要旋转卡扣图 2无电传送设备技术路线图便携式的装备物资无电传送设备伸缩折叠机构可移动支架输送导向机构折叠形式研究移动方式设计输送装置设计折叠机构设计调节装置设计导向装置设计机构可靠性研究模块化接头接头方式研究接头结构设计建立数学模型及三维仿真模型制作模型样机试验、分析、改进图 4平面剪叉机构基本构型图图 5剪叉式机构连接法末铰链中间铰链首铰链固定铰销座活动铰销座1伸缩折叠机构；2可移动支架；3输送导向机构图 3无电传送设备整体结构模型示意图123（a）非工作状态（b）工作状态应用 技 术Applied Technology-128-2023 年 2 月总第 349 期手柄，将卡扣松开，内外管之间便可自由伸缩，待伸缩至合适高度时，反方向旋转卡扣压紧即可。调节质量的关键在于卡扣手柄的形状，手柄有一旋转圆孔，圆孔的外圈实体距离孔中心的向径不一致，旋转手柄时，外圈会挤压挤压片，向径不一致，导致挤压片对内管的压力不同，从而实现内外管的固定与松开。此种方法属于无级调节，操作非常快速简单。支架底部的万向刹车轮选用聚氨酯脚轮，具有耐磨承重、灵活易推的特点，待调节支架到合适的固定位置后，锁紧万向轮，便可以实现支架的位置固定。2.4输送导向机构的设计与实现输送过程中须保证物资能沿着预期方向进行传送，尽量减少摩擦，保证输送效率。设计输送导向机构时，对于主要输送单元体，在保证整体满足强度及性能指标的前提下，尽量减轻总体重量。托辊选用强度高、质量轻的铝合金辊；动力传递设计，由于是利用高度差自动传送，考虑到摩擦问题，选用双轴承硬质塑料轮，减少摩擦（见图 7）。在传送物资箱体时，利用摩擦轮的滚动有效控制物资的转动方向。2.5模块化接头的设计与实现整机采用模块化组合设计，一个基本的模块具有独立的输送功能，当需要输送较长距离时，根据实际需求，将多个模块组合成系统。系统是一个有序的整体，各模块既有相互独立的功能，又相互联系，模块经过有机结合而构成系统。模块间这种共享的界面（结合处）就是接口3。考虑到便携性，接口采用形状上的吻合以实现快速安装。采用导轨式的机械接口，两者可以产生相对运动，见图 8。工作时，从上方将异型轴插入异型孔中，当异型轴顶部抵住异型孔的上表面时，两者停止相对运动，利用相包络的异型孔轴配合，连接可靠，拆分简便，为了进一步提升连接的可靠性，还可利用紧定螺杆进行旋紧，将其顶端顶紧异型孔的实体部分，提升连接的可靠性。此连接方式属于直接接口，相连接模块本身的接口能直接连接并满足功能要求。3结束语便携式的装备物资无电传送设备可改变装备物资常规搬运方法，无需电源，利用高度差自动传送，节省人力，节约能源，提高输送效率；利用可移动支架和伸缩折叠机构可实现设备的弯曲变形，适应各种空间和地形；采用模块化的设计方法，可根据需求组装，拆装维修方便；设备结构简单，工作可靠，具备较强的环境普适性，可极大提高物资保障的效率和速度。该设计通用性较强，适用于各种物资输送的场合，比如在一般的楼道间进行运输或从车辆上装卸载货物，也可在自然灾害、疫情等发生时，代替人力完成搜救搬运工作，还可作为一种辅助装置，和电动传送装置配合使用，应用前景广阔。参考文献：1周垚.我军合成旅战备物资集装化现状及发展对策J.集装箱化,2020,31(6):6-8.2魏发孔.水平驱动剪刀撑乐池升降机的动力性能研究J.甘肃工业大学学报,1997(4):49-51.3王永娟.步兵自动武器现代设计理论与方法M.北京:国防工业出版社,2014.（责任编辑王璐）123451外管；2卡扣架；3内管；4挤压片；5卡扣手柄图 6卡扣式调节杆示意图1231托辊；2深沟球轴承；3塑料轮图 7输送导向机构示意图1231异型轴；2紧定螺杆；3异型孔图 8接头结构模型示意图（英文部分下转第 134 页）-129-SCI-TECH INNOVATION&PRODUCTIVITYNo.2 Feb.2023，Total No.349Development and Application of Portable Large Oil-filled TransformerPressure Relief Valve Detection System Based on Wireless Ad Hoc NetworkYIN Qi-yun,ZHAO Xin-yang,CHEN Rui(Ultra High Voltage Company,State Grid Ningxia Electric Power Co.,Ltd.,Yinchuan 750001,China)Abstract：This paper points out that the pressure relief valve of large transformer runs for a long time in high temperatureand high pressure environment,is prone to aging of sealing rubber ring,jamming of spring or mechanical parts,resulting inmisoperation or refusal to expand the scope of accident,resulting in equipment tripping,transformer explosion,large areapower failure,personal injury and other consequences,and lack of effective detection means for pressure relief valve,Thispaper designs a portable pressure relief valve detection system for large oil-filled transformer based on wireless ad hocnetwork.Byusingwirelessadhocnetworkandthreeprimarycolordifferencedynamicresponsetechnology,anomni-directional dynamic load pressure detection device based on adaptive fixation of pressure protection devices is developed,which solves the problems of non-uniform fixation of pressure relief valve models and long-distance transportation detection.Key words：transformer;Pressure relief valve;Release valve detection system;wireless ad hoc network强，为站内压力保护器件科学分析评价提供了有力的数据支撑，同时为压力保护器件的计划检修向状态检修改进提供了新的思路与解决方案。据统计，国家电网公司及南方电网公司目前共拥有换流站 57 座，“十四五”期间全国在运和投产换流站总数将超过 65 座，换流变压器数量达到800 余台，各类大型充油变压器达到 2 000 余台，压力释放阀检测系统市场需求巨大。应用本系统可实现变压器压力释放阀精准、快速、远距离检测。参考文献：1曲光磊,刘均菲.一起电抗器用压力释放阀漏油事故的分析J.科学技术创新,2021(9):19-20.2石明垒,陈文强,张健,等.零排油快速更换换流变压器压力释放阀技术研究J.山东电力技术,2020,47(3):20-24.3雷战斐,韦鹏,窦俊廷,等.换流变压器分接开关压力释放阀误动作原因分析J.宁夏电力,2019(4):44-47.4张家宁,张耘赫.变压器压力释放阀故障的主要原因及改进方法J.电气时代,2020(1):54-56.5陈瑞,徐天书,张思齐,等.便携式压力保护器件综合校验装置的研制J.通信电源技术,2020,37(1):39-41.6陆雅婷.变压器压力释放阀校准装置的研制D.杭州:中国计量大学,2019.7中华人民共和国机械工业部.变压器用压力释放阀试验导则:JB/T7069-2004S.北京:机械工业出版社,2004.8林翔宇,李明珀,王晓明,等.便携式压力释放阀检测系统研发与应用J.广西电力,2019,42(5):36-39.（责任编辑邸开宇）Research on a Portable Equipment for Electroless Transmissionof Equipments and MaterialsHAN Xiao-fen,ZHANG Yang,ZHOU Xin,SHU Xun,XIANG Xian-ping(Shijiazhuang Campus,Army Engineering University of PLA,Shijiazhuang 050003,China)Abstract：In order to meet the needs of rapid transportation of equipments and materials,reduce the labor intensity ofpersonnel and improve transportation efficiency,a portable equipment for electroless transmission of equipments and materialswas developed.The equipment adopts the modular design concept,which is mainly composed of four parts:telescopic foldingmechanism,movable bracket,conveying guide mechanism and modular joint.Each part is organically connected,and can usethe height difference to realize the electroless portable material transmission function.The research results show that theequipment is simple in structure,portable and reliable,and can be quickly combined and bonded according to the actualworking conditions,which can meet the needs of various equipments and materials transmission,and improve the efficiencyof material supply guarantee.Key words：mechanism design;electroless transmission;equipment and material;fork scissors mechanism;height difference（上接第 129 页）应用 技 术Applied Technology-134-